匀光照明模组及其应用的制作方法

本发明属于半导体照明和可穿戴光电子领域，主要涉及一种匀光照明模组及其应用。

背景技术：

LED光源在照明、显示，装饰、医疗、环境清洁、杀菌消毒等领域具有广泛的应用。在这些应用中，需要将光源在目标平面上尽量形成一个一定尺寸、具有规则形状的均匀照度分布。然而，LED光源为朗伯光源，直接使用的话在目标面上的照度呈cos⁴θ关系迅速递减，中心部分照度较高，周边部分照度下降明显，尤其是在近距离处，单颗芯片照射的范围很小，很难得到照射均匀的光斑。

传统的匀光方式有复眼透镜匀光、匀光棒匀光以及自由曲面透镜匀光。其中复眼透镜是由一系列小透镜组合形成，需要将与光轴平行的光束通过第一块透镜后聚焦在第二块透镜的中心处，两列复眼透镜的光轴互相平行，在第二列复眼透镜后放置聚光镜，接收屏放置在聚光镜的焦平面上就形成了均匀照明系统，不过该系统首先需要将光进行准直，且后续需要进行聚光，整个匀光系统体积较大，操作复杂。匀光棒一般使用石英玻璃，光在光棒里面多次反射，每次反射都会形成虚拟光源像，多次反射形成二维的虚拟光源矩阵，从而使得光更加的均匀。匀光棒随着长度的增加，均匀性呈现震荡上升，因此为了获得好的匀光效果，长度需要设置的很长。自由曲面透镜可以实现对光能的重新分配，具有体积小、效率高、光型准确可控和设计自由度高等优点，但是接收面距离光源需要有一定的距离才能实现大面积均匀照明，而且对于紫外光LED，适用的石英玻璃加工难度较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种匀光照明模组及其应用，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种匀光照明模组，包括：

外壳，其内壁具有漫反射表面特性且内底面具有镜面反射表面特性；

发光元件，其安装在外壳内部，用于提供光源；

匀光元件，其安装在外壳内部，用于匀化光源；

出光面，其设置在外壳顶部，用于输出光源。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种如上所述的匀光照明模组在半导体照明和可穿戴光电子领域的应用。

基于上述技术方案可知，本发明的匀光照明模组及其应用相对于现有技术至少具有以下优势之一：

(1)本发明结构简单，制作难度和成本低，且匀光模组总的高度低于10mm，在较小的厚度(6-10mm)和体积(4200-20000mm³)下实现了较高质量的近场匀光。

(2)本近距离匀光照明模组，单个LED发出的光，通过磨砂片和外壳内壁的漫反射作用，以及外壳内底面的反射作用，在距离出光面1mm位置处接受屏上，直径30-50mm区域内达到均匀的照度分布，实现了近距离大面积匀光的目的。

(3)本发明的结构简单、制作简单、成本低，能够实现较高质量近场匀光。

附图说明

图1为本发明实施例1中近距离匀光照明模组的立体结构示意图；

图2为本发明实施例1中近距离匀光照明模组的剖面结构示意图；

图3为本发明实施例1中近距离匀光照明模组的的模拟照度分布图；

图4为本发明实施例2中近距离匀光照明模组的剖面结构示意图。

上图中，附图标记含义如下：

1-外壳；2-基板；3-发光元件；4-匀光元件；5-反射纸；6-出光面；7-接受屏。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种匀光照明模组，包括：

外壳，其内壁具有漫反射表面特性且内底面具有镜面反射表面特性；

发光元件，其安装在外壳内部，用于提供光源；

匀光元件，其安装在外壳内部，用于匀化光源；

出光面，其设置在外壳顶部，用于输出光源。

其中，所述出光面采用的材料为透光材料；

其中，所述的匀光元件与外壳底面平行。

其中，所述匀光照明模组包括用于为发光元件提供电气连接的基板，基板安装在外壳底部，所述发光元件安装在基板上；

其中，所述基板通过粘性材料固定在外壳底部；

其中，所述基板上蒸镀金属反射层或设有反射纸。

其中，所述外壳底部设有开孔，开孔内穿设有用于电性连接发光元件的基板引线；

其中，所述开孔的直径为2-4mm。

其中，所述外壳采用的材料包括金属、塑料、玻璃或陶瓷中的任一种；

其中，所述外壳内壁的漫反射表面特性是通过蒸镀金属漫反射层或贴漫反射纸实现的；

其中，所述外壳内底面的镜面反射表面特性是通过蒸镀金属反射层或贴反射纸实现的。

其中，所述发光元件包括LED光源；

其中，所述LED光源包括紫外光、可见光或红外光中的任一种或多种组合；

其中，所述LED光源包括LED芯片或LED封装体；

其中，所述LED芯片尺寸为0.2×0.2×0.1-1×1×0.5mm³，LED芯片结构为正装、倒装或垂直结构；

其中，所述发光元件通过金线或焊接方式与基板连接。

其中，所述匀光元件由若干个磨砂片组成；

其中，所述磨砂片的直径为3-50mm，厚度为0.4-2mm；

其中，所述磨砂片采用的材料包括蓝宝石、石英、玻璃中的任一种；

其中，所述磨砂片为单面磨砂片或双面磨砂片；

其中，所述磨砂片为单面磨砂片是外壳内部的磨砂片磨砂方向为朝向发光元件，而外壳外部的磨砂片的磨砂方向朝向出光面；

其中，所述的磨砂片上蒸镀一层镜面反射金属或设有反射纸。

其中，所述匀光照明模组的高度小于或等于10mm；

其中，所述匀光照明模组的厚度为6-10mm；

其中，所述匀光照明模组的体积4200-20000mm³。

其中，所述匀光照明模组在距离出光面1mm位置处接受屏上在直径为30-50mm区域内的照度均匀度大于或等于0.7。

本发明还公开了一种如上所述的匀光照明模组在半导体照明和可穿戴光电子领域的应用。

在一个实施方式中，本发明例如采用如下技术方案：

一种近距离匀光照明模组，包括外壳、基板、发光元件、匀光元件。所述外壳内壁具有漫反射表面特性，内底面具有镜面反射表面特性；所述基板固定于外壳底面，为发光元件提供电气连接；所述发光元件为LED；LED光源的出射光在外壳和匀光元件中将经过多次反射，经过出光面出射，实现匀光。在一个优选实施方式中，本发明例如采用如下技术方案：

一种近距离匀光照明模组，包括：外壳、基板、发光元件和匀光元件；

所述外壳，其内壁具有漫反射表面特性，内底面具有镜面反射表面特性；

所述基板，安装在外壳底部，也可以在外壳镂空嵌入，具有互连和安装裸芯片或封装芯片的支撑作用以及将发光元件产生的热传导到空气的作用；

所述发光元件，安装在基板上；

所述匀光元件，安装在外壳内，与外壳底面平行。

其中，所述外壳的底部设有开孔，用于使基板引线通过。

其中，所述发光元件包括紫外光、可见光和红外光等不同类型LED光源。

其中，所述LED光源包括LED芯片或LED封装体。

其中，匀光元件由多片磨砂片组成，磨砂片的材料可以为蓝宝石、石英、玻璃等材料。

其中，匀光元件中的磨砂片可以为单面磨砂或双面磨砂，若均为单面磨砂，外壳内部的磨砂片其磨砂方向为朝向发光元件，而外壳最外部磨砂片的磨砂方向朝向出光面。

其中，匀光元件中的磨砂片的直径范围为3-50mm。

在另一个实施方式中，本发明例如采用如下技术方案：

一种近距离匀光照明模组，包括：外壳、基板、发光元件和匀光元件；所述外壳内壁具有漫反射表面特性，内底面具有镜面反射表面特性，外壳材料可以为金属或者塑料，底部开孔，允许基板上的导线通过；所述基板安装在外壳底部，具有互连和安装裸芯片或封装芯片的支撑作用以及将发光元件产生的热传导到空气的作用；所述发光元件安装在基板上，包括紫外光、可见光和红外光等不同类型LED光源，光源包括LED芯片或LED封装芯片；所述匀光元件，安装在外壳内，与外壳底面平行，匀光元件由多片磨砂片组成，磨砂片的材料可以为蓝宝石、石英、玻璃等材料，磨砂片均为单面磨砂，外壳内部的磨砂片其磨砂方向为朝向发光元件，而外壳最外部磨砂片的磨砂方向朝向出光面。从光源发出的光，经过磨砂片和外壳内壁的多次漫反射，以及外壳内底面的反射作用，达到匀光的效果。

以下结合具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种近距离匀光照明模组，结合图1-2所示，对本申请实施例提供的近距离匀光照明模组进行详细的说明。其结构包括：外壳1，基板2，发光元件3和匀光元件4。

其中，外壳1直径为30-50mm，高度小于等于10mm，外壳采用金属、塑料、玻璃或陶瓷材料，外壳内壁具有漫反射表面特性，可以蒸镀金属漫反射层或贴上漫反射纸。外壳内底部具有镜面反射特性，可以蒸镀金属反射层或贴上反射纸。在外壳底部制作一个开孔，直径约3mm，使基板上的导线通过。

其中，基板2安装在外壳1底部中央位置，具有互连和安装裸芯片或封装芯片的支撑作用以及将发光元件产生的热传导到空气的作用。基板2通过粘性材料固定在外壳1底部，基板2上蒸镀金属反射层或贴上反射纸。

其中，发光元件3放置在基板2中央，发光元件3包括紫外光、可见光和红外光等不同类型LED光源，光源包括LED芯片或LED封装芯片，芯片尺寸为毫米量级，结构为正装、倒装或垂直结构。所述发光元件1通过金线或焊接方式与基板连接，从而实现与基板的电气连接。

其中，匀光元件4由多片磨砂片组成，磨砂片的位置可以用金属支架或者塑料支架固定，磨砂片的材料可以为蓝宝石、石英、玻璃等材料，磨砂片的方向可以朝左或朝右，磨砂片可以为单面磨砂或双面磨砂，若磨砂片均为单面磨砂，外壳内部的磨砂片其磨砂方向为朝向发光元件，而外壳最外部磨砂片的磨砂方向朝向出光面。最外层磨砂片位置固定，外壳1内的磨砂片位置可在芯片与最外层磨砂片之间变化。磨砂片的数量＞2块，且直径在3-50mm之间变化。从光源发出的光，经过磨砂片和外壳内壁的多次漫反射，以及外壳内底面的反射作用，达到匀光的效果。图3为本实施例的近距离匀光照明模组的光学模拟结果，接受屏和出光面之间的距离为1mm，可见在直径50mm以内形成均匀的照度分布，大大减少了光源的数量节约了成本。

实施例2

如图4所示，实施例2与实施例1的不同之处在于：所述外壳1内的磨砂片上蒸镀一层镜面反射金属或贴上反射纸5，且磨砂片数目可适当减小，在此设计中，从发光元件3出射的光线一部分经过外壳侧壁漫反射，另一部分光线经过磨砂片中央的镜面反射以及周围剩余的磨砂面散射，没有光线直接通过反射层照射到出光面中心，使得中心照度值降低。其中反射层的直径可以变化。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。